＜編集日：R1.2 2015.3.1>

DAC9018K2M Dual ES9018K2M DAC 基板
モノラル ES9018K2M オーディオ用 DAC
製作マニュアル
＜注意＞
本キットをつかって生じた感電、火災等の一切のトラブルについては、当方は責任を負いませんのでご了承ください。また、基板、回路図、マニュアル等の著作権は放棄していませんので、その一部あるいは全体を無断で第３者に対して使用することはできません。

１．はじめに
本基板は ES9018K2M をモノラルモードとして 2 個使用したオーディオ用の DA 変換基板です。ES9018K2M
は以前リリースした ES9018S に比べると DAC 回路の数が簡略化（８→２回路）されていますが、ASRC 機能などが強化されたと思われる DAC です。本基板ではこの DAC を２個使用し、モノラルモードとして２回路をパラにした出力を標準構成としています。外付けの差動合成回路の使用も可能ですが、基板内にも差動合成回路も内蔵していますので、直接的にアンプに接続することができます。
本基板では多様な入力に対応できるようにしており、SPDIF が２系統、PCM が２系統さらに DSD も２系統に対応しています。
またシステムクロックについてはビットクロックを逓倍したクロックを加えることが可能なアドオンカードの搭載も可能な接続ピンも加えました。クロック周波数の選定による音の違いも楽しめるでしょう。 動作モードとしては液晶を用いるフルファンクションモードと外部スイッチだけで使用可能なシンプルファンクションモードがあり、用途に合わせてモードを選択することも可能です。自作ならではの高機能・高性能なＤＡＣを構成できるでしょう。

完成例 ※写真は V1 基板

２．機能＆仕様機能
DAC 素子
入力
出力
必要電源
特徴基板

表 主な仕様オーディオ用 D/A コンバータ基板
ESS 社 ES9018K2M ２個使用 モノラルモード
・SPDIF 入力×2 ・PCM 入力×2(I2S） ・DSD 入力×２
差動型出力(2ch パラ出力）
下記３方式から選択 ①5V 単一(700mA 以上） ②3.3V 単一(700mA)③ディジタル(5Vor3.3V)､アナログ(3.3V)電源分離
・DAC システムクロックを基板内蔵 XTAL の他に BCK の逓倍クロック使用可（オプションアドオンカード）
・液晶を用いたフルファンクションモードと、外部スイッチだけで使用可能なシンプルファンクションモードを両備。
ＦＲ４、70um 銅箔厚、寸法は「９．基板寸法」参照。
1３．基板端子、コネクタ端子機能等(1)基板端子表No
P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12P13P14P15P16P17P18P19
P20P21P22P23P24
P25
P26
P27
P28
P29
P30
P31
P32
P33
P34
P35
P36
P37
P38
P39

機能AVCC
GND
GND
DVDD
EXT-CK
GND
V
S1
GND
V
S0
GND
T1
T2
T3
T4
T5
T6
GND
GND
VR(cent)
DVDD5V
GND
GND
AVCC
ROUT1
GND
ROUT2
ROUT
GND
V+GND
VGND
LOUT
LOUT2
GND
LOUT1端子機能
説明

DAC アナログ電源(3.3V)
電源 GND
電源 GND
ディジタル電源(3.3V)
外部クロック入力
信号 GND
3.3V 出力（光モジュール等を接続する場合に使用）
SPDIF1 入力(同軸信号 GND
3.3V 出力（光モジュール等を接続する場合に使用）
SPDIF0 入力(同軸信号 GND
フルファンクションモードとシンプルファンクションモード
では使用方法が異なります。詳しくは６章も参照ください。

５章参照

VR 接続（電子ボリューム用）。使用しない場合は P21,P22 間をジャンパー接続のこと。接続方法については 6.(5)を参照します。
電源入力(5V)
電源 GND
電源 GND
3.3V 電源
R-channel 出力 2
信号 GNDR-channel 出力 1
R-channel 差動合成合成出力
信号 GND
OP アンプ用正電源電源 GND
OP アンプ用負電源
信号 GNDR-channel 差動合成合成出力
L-channel 出力 2信号 GND
L-channel 出力 1電子ﾎﾞﾘｭｰﾑ
５章参照

５章参照

５章参照

５章参照

６章参照

電源入力
５章参照

R-CH 出力
５章参照

OP アンプ電源
５章参照
L-CH 出力
５章参照※基板端子の使用方法は 5 章および 6 章も参照してください。

2

(2)コネクター機能(a)CN1(PCM1 入力）
CN1 は３線制御信号である PCM 信号(I2S フォーマット)を入力するための 10P 端子になります。本コネクタを使用する場合は次表を参考にして接続してください。

表

CN1 の端子機能
PIN機能
説明
PIN 機能
説明
1DATA
データ
2
GND
GND:信号リターン
3
WCK
ワードクロック
4
GND
GND:信号リターン
5BCK
ビットクロック
6
GND
GND:信号リターン
7N.C
8GND
GND:信号リターン
9V(*1)
外部電源受供給端子
10V(*1) 外部電源受供給端子(*1)Pin9,10 は隣接する DVDD と接続することにより基板内部のディジタル 3.3V 電源と接続されます。
(b)CN2(PCM2 入力）
CN1 は３線制御信号である PCM 信号(I2S フォーマット)を入力するための 8P 端子になります。とくにRaspberry Pi(Model B)との接続を意識したピン配置になっています。本コネクタを使用する場合は次表を参考にして接続してください。
表 CN2 の端子機能

PIN
1357機能
N.C
WCK
DATA
GND

説明
ワードクロック(LRCK)データ
GND:信号リターン

PIN
2468

機能
N.C
BCK
N.C
GND

説明
ビットクロック
GND:信号リターン(c)CN3(DSD1 入力）,CN4(DSD2 入力）
CN3,4 は DSD 信号を入力するための端子になります。本コネクタを使用する場合は次表を参考にして接続してください。
表 CN3,4 の端子機能

PIN機能
説明
PIN 機能説明
1
DATA-L データ L-CH
2
GND
GND:信号リターン
3DATA-R データ R-CH
4GND
GND:信号リターン
5
BCK
ビットクロック
6
GND
GND:信号リターン
7N.C
6
GND
GND:信号リターン
9V(*1)
外部電源受供給端子
10V(*1) 外部電源受供給端子(*1)Pin9,10 は隣接する DVDD と接続することにより基板内部のディジタル 3.3V 電源と接続されます。
(d)CN5CN5 は LCD を接続します。フルファンクションモードでは必須になりますが、シンプルファンクションモードでは必須ではありません（接続した場合、各種の表示はされます）。CN5 はリバースピン配置ができるように、奇数ピンがコネクタ両側の３列配置となっています。使用する LCD は 3.3V、5V のどちらでも使用可能です。LCD への供給電圧は JP5 で選択します。LCD は秋月電子の SC1602 シリーズが適合します。
表 CN5 の端子機能

PIN
135791113機能Vee
VC
GND
GND
GND
DB4
DB6

説明
供給する電圧を JP5 で選択。
LCD コントランス用(VR1 で調整）
GND

LCD ﾃﾞｰﾀ D4LCD ﾃﾞｰﾀ D6PIN
2468101214機能
GND
RS
GND
GND
GND
DB5DB7

説明
LCD RS

LCD ﾃﾞｰﾀ D5LCD ﾃﾞｰﾀ D73

(d)CN6
CN6 はアドオンクロック基板との接続コネクターになります。下記の機能を有しています。

表PIN
12345678910機能
GND
GND
VDD
VDD
CNT
XTON
MCLK
SDA
BCK
SCL

I/O

O
I
I/O
I/O
OO

CN6 の端子機能
説明電源 GND
電源 GND
3.3V 電源3.3V 電源
アドオンクロック基板制御（H:動作 L:停止）
内蔵水晶の動作（H:動作 L:停止）
マスタークロック
I2C 通信用BCK 出力(アドオンクロック基板の周波数検出用）
I2C 通信用(3)ジャンパー機能(a)JP1JP1 は基板内の DAC アナログ電源とディジタル電源の共有化をはかるためのジャンパーになります。
ディジタル電源と DAC アナログ電源を共通化する場合は接続、分離する場合は開放とします。具体的な設定方法は５章で説明します。
(b)JP2
外部クロック（P5:EXT-CLK)との接続ジャンパーになります。既に接続された状態になっています。
このジャンパについては特段手を入れる必要はありません。
(c)JP3
本 DAC 基板の動作モードを選択します。
JP3
開放
短絡

動作モード
フルファンクションモード
シンプルファンクシ
ョンモード

表 JP3 の設定
内容
項目設定スイッチ、パラメータスイッチと LCD 表示器により、DAC 基板の細かい動作設定が可能。
スイッチにより入力チャンネルを選択（LCD は必須ではありません）(d)JP4基板内の水晶発振器の動作を設定します。通常は開放で使用します。

JP4開放

内蔵水晶発振器
有効短絡無効表 JP4 の設定
内容
内蔵水晶発振器で動作させます。通常はこちらを選択します。
アドオンクロック基板を使用する場合の設定もこちらです。
内蔵水晶発振器を停止させます。ECT-CLK(P5)からクロックを供給する場合に設定します。なお、この設定ではアドオンクロック基板は使用できません。

4(e)JP5CN5 の LCD への供給電圧を設定します。5V を選択する場合は、当然のことながら P23(5V)からの 5V 電源の供給は必要です。
表 JP5 の設定
JP5
内容
3.3V LCD 電源を 3.3V に設定します。
5V
LCD 電源を 5V に設定します。

４．部品表
下表を参照にて部品を取り付けます。
品名
抵抗番号
R1,2
R3,4
R5,6
R7,8R9-16

規格
金属被膜 1/4W
金属被膜 1/4W
金属被膜 1/4W
炭素被膜 1/4W
金属被膜 1/4W

表 部品表例
仕様
75Ω
240kΩ
51kΩ
1.5kΩ
4.7kΩ

個数22218

SPDIF 信号用終端抵抗

I2C プルアップ
差動合成回路用※出力約 2Vrm

R17,18炭素被膜 1/4W
47kΩ
2Ra
チップ抵抗
51Ω
12
ダンピング抵抗
半固定
VR1
１回転ｻｰﾒｯﾄ
10～20kΩ
1LCD コントラスト調整
コンデンサ C1,2
ﾌｨﾙﾑｺﾝﾃﾞﾝｻ
0.01～0.1uF
2C3-6
ﾌｨﾙﾑｺﾝﾃﾞﾝｻ
100pF
4LPF
C7-16
電解ｺﾝﾃﾞﾝｻ
47uF/16V
10
C17,18
電解ｺﾝﾃﾞﾝｻ
100uF/25V
2C19
ﾌｨﾙﾑｺﾝﾃﾞﾝｻ
0.1uF
1Cp
チップコンデンサ 0.1uF
15
2012 サイズ
ICIC1-5ロジック(*)
74LVC245
528P TSSOP(0.65mm ピッチ）IC6ロジック(*)
74HCU04
1SO-14IC7
PIC マイコン
28p タイプ
1IC8,9DAC
ES9018K2M
2IC10オペアンプ
OPA2134 など
1２回路
IC11電圧ﾚｷﾞｭﾚｰﾀ
3.3V(800mA 以上）
178N と同じピン配置
IC12EEPROM
拡張用
水晶XT1100MHzFXO-HC735-100
1SMD
ハッチング部は主要部品としてキット添付。
(*)ロジック IC は LVC,LX、HCV など動作周波数を満たすものを使用します。

5５．接続方法(1)電源との接続
本基板は 5V 単一電源、3.3V 単一電源、ディジタル－DAC アナログ分離など多彩な電源の接続が可能です。
下表に接続方法を示します。
表N 接続o説明

1LCD に 5V 品を用いた場合等に適用。最も簡単な接続法の１つです。IC11 の実装必要。
LCD に 3.3V 品を用いた場合等に適用。最も簡単な接続法の１つです。IC11 の実装不要。3.3V 電源の供給箇所は３箇所可能です。

25V 単一電源動
作
3.3V 単一電源動作

３ ディジタ
ル － ア
ナログ分
離１
４ ディジタル － ア
ナログ分
離２電源の接続例

基板端子からの電源の供給

ディジタル部と DAC アナログ部の電源を分離します。なおディジタル部の電源(3.3V)は IC11 で生成しますので 5V で供給します。
IC11 の実装必要。
3.3V のみで動作。ディジタル部とDAC アナログ部の電源(3.3V)を分離します。IC11 の実装不要。

ジャンパ

P1
AVCC－

P2
GND
－

P3
GND－

P4
DVCC－

P23
5V
5V
(A&D)

P24
GND
GND

P25
GND－

P26
AVCC－

JP1

JP5

短絡

5V－－－－－－

GND

短絡3.3V－－

GND

－－－

3.3V
(A&D)
3.3V
（A)

GND

－

3.3V
(A&D)
－

3.3V
(A&D)
－－－－－

GND－－

5V
（D)

GND

－－

開放

3.3or5V

3.3V
（A)
3.3V
(A)

GND

GND

－－－－

開放

3.3V

GND

－

3.3V
（D)
－－－

GND

3.3V
(D)

「－」は無接続を示します。接続パターンが複数ある場合はハッチングが推奨接続。

（２）入力との接続(i)SPDIF 入力の接続
RCA コネクタ等を使用して下図のように接続します。ＣＤプレイヤ等の同軸出力を接続します。

+SPDIF1+

SPDIF0

図SPDFIF 入力の接続(ii)ＰＣＭ入力の接続
CN1(10P)、CN2(8P)を使用してフラットケーブル等で接続します。
とくに CN2 については Raspberry Pi(MODELB)と直接接続できるピン配置にしています、(iii)ＤＳＤ入力の接続
CN3(10P)、CN4(10P)を使用してフラットケーブル等で接続します。

6

（３）アナログ出力の接続(1)OP アンプ出力（差動合成出力）を用いる場合
この場合はアンプ等に直接接続できます。出力電圧はマニュアル記載の定数では約 2Vrms になります。
なお、この出力を得るためにはオペアンプを動作させる必要がありますので、P32－P34 を使用して 15V の電源を供給します。

L-CH
output-15V
GND+15V

R-CH
output図

差動合成出力の接続(2)外部アンプに接続する場合。
ES9018K2M の外部出力仕様は下記の通りです。電圧出力としても、電流出力としても可能ですので、一般的な差動アンプを接続してもよいですし、またＩＶアンプを介したのち差動合成するなどの方法が考えられます。電流出力はほぼ PCM1794A の半分ですので、ディスクリ IV アンプ、Simple IV や Simple IV(DUAL OPA）などをそのまま使用可能で、IV 抵抗値を PCM1794A パラ時比較で約２倍の値とすればいいでしょう（およそ各アンプのマニュアル記載値の２倍です。音が大きくなりすぎて歪むようであれば IV 抵抗値を低く、また音が小さいようであれば大きく変更すればいいのですが、最初にお持ちのシステムに等価になるように再計算をお勧めします）。
外部アンプを接続する場合は、基板内の差動合成アンプは不要です。すでに実装している場合でも、出力の影響を避けるためにも抵抗(Ｒ9-R12)は実装しないことを推奨します。

項目
差動(+ or -)電圧出力レンジ
差動(+ or -)電圧出力オフセット
差動(+ or -)電流出力レンジ
差動(+ or -)電流出力オフセット

表 ES9018K2M の出力特性
出力
フルスケール3.05(0.924Vcc)(Vp-p)
バ イ ポ ー ラ ゼ ロ 出 1.65(Vcc/2)(V)力
フルスケール3.903(mAp-p)
バイポーラゼロ出力(対仮想 GND)

備考パラ出力7.8mAp-p2.112-(1000Vg)/806(mA)

7

図 外部 IV アンプ(Simple IV & Diff.Amp)との接続例
参考に ESS 社のマニュアルにあるアナログ出力を下図に示します（バランス出力回路となっています）。

図

メーカ推奨回路（ES9018K2M マニュアルより抜粋）（５）電子ボリュームの接続
本 DAC では電子ボリュームを使用することができます。使用する場合は 2～20kΩ(～100kΩでも可)のＢカーブ（直線）のものを用いてください。ＶＲは小型のもので十分で、音楽信号はながれませんから安価なもので結構です。電子ボリューム機能を使用しない場合は P21,P22 を接続しておきます（音量最大値に固定）。
下図を参照にして接続してください。

8

DOWN

UP

VR 2-20kΩ(B)(a)使用する場合(b)使用しない場合
図

電子ボリュームの接続

６．動作モードと接続
本基板の制御ソフトウエアは電源投入時の JP3 の状態をセンスして動作モードが分かれます。JP3 が開放されている場合はフルファンクションモードとして動作します。JP3 が短絡されている場合はシンプルファンクションモードとして動作します。
フルファンクションモードでは項目設定スイッチ、パラメータスイッチに加えて LCD 表示器が必要になりますが、本 DAC 基板の細かい動作設定が可能です。
シンプルファンクションモードでは液晶表示器は必要ありません（あれば表示はされます）。外部のスイッチにより入力チャンネル等の設定が可能です。簡単に動作させるにはシンプルファンクションモードが適していますが、動作モードの細かい設定はできません。
動作モードは用途に合わせて設定すればよいでしょう。
(i)フルファンクションモード
基板端子 P15～P18 を用いて制御スイッチ（プッシュスイッチ）を取り付けます。スイッチの接続先はすべて GND（P19)になります。通常は４つのスイッチを取り付けることを想定していますが、最小限２個のスイッチでもかまいません（ただし、メニューやパラメータの変更値の後戻りができないため、設定に少し時間がかかる場合があります）。下図を参照にしてとりつけます。

PARAMETER(INC)
PARAMETER(DEC)TERM(INC)

PARAMETER(INC)
TERM(INC)

TERM(DEC)(a)通常の制御スイッチの接続
図(b)必要最小限の制御スイッチの接続
制御スイッチの取り付け
9なお、制御スイッチのそれぞれの役割は下表のようになります。

接続端子P15
P16P17P18

表 制御スイッチの機能と説明（フルファンクションモード）
機能説明
PARAMETER(INC)
設定項目でもパラメータを１つ変更（＋１）
PARAMETER(DEC)
設定項目でもパラメータを１つ変更（－１）
MENU TERM(INC)
設定項目を変更（＋１）
MENU TERM(DEC)
設定項目を変更（－１）(ii)シンプルファンクションモード
電源投入時に JP3 が接続されている場合はシンプルファンクションモードで動作します。このモードでは P13-P19 は入力の選択端子として使用します。P13-P18 を１箇所 GND に接続することで選択を行います。
具体的な接続方法および、入力選択は 下図、下表を参照ください。

PCM1
PCM2
DSD1
DSD2
SPDIF0
SPDIF1

図P13P14P15P16P17P18P19T1
T2T3T4T5T6
GND

シンプルファンクションモードでの接続。

表 入力の選択（シンプルファンクモード）
選択
備考
PCM1
CN1 入力(I2S)
PCM2
CN2 入力(I2S)
DSD1
CN3 入力DSD2
CN4 入力SPDIF0
SPDIF0(P11)
SPDIF1SPDIF1(P8)GND

10７．フルファンクションモードでの操作方法(1)操作方法
フルファンクションモードでは設定項目(MENU TERM）およびパラメータ（PARAMETER)スイッチを用いて各種の動作モードを設定することが可能です。設定項目は全体で 15 個あります。電源投入時は必ず設定項目 TOP（FRONT PAGE)となりますので、設定項目スイッチにより設定したい項目を変更してください。下記に設定項目と変更可能なパラメータおよび、LCD 表示器の説明を行います。
表設定項目
TOP

フルファンクションモードでの操作法

表示例および説明
Front Page

変更可能
パラメータ
SPDIF0
SPDIF１
PCM1PCM2DSD1DSD21入力状態、電子ボリュームの減衰量(dB)、入力周波数、内部 DPLLのロック状態を示します。
※入力周波数は SPDIF 入力時は BCK/64 の値を示します(LRCK 信号の周波数と異なる場合があります）。PCM,DSD 入力時は BCK 周波数となります。
Display DPLL Value of L channel

なし

２L-CH の DPLL 値を表示します。DPLL の値は次式となります
FSR＝（DPLL×FMCLK）／(2^32)
FSR:入力周波数 FMCLK：100MHz
Display DPLL Value of R channel

なし

３R-CH の DPLL 値を表示します。DPLL の値は次式となります
FSR＝（DPLL×FMCLK）／(2^32)
FSR:入力周波数 FMCLK：100MHzDPLL BAND-WIDHT for I2S INPUT

OFF
１～１５I2S（PCM)入力における DPLL のバンド幅を指定します。
OFF、１：Lowest ～１５：Highest 既定値：５11（つづく）
４

DPLL BAND-WIDHT for SPDIF INPUT

５DSD 入力における DPLL のバンド幅を指定します。
OFF、１：Lowest ～１５：Highest 既定値：１０De-emphasis Bypass setting

６De-emphasis filter の動作を指定します。 既定値：DISABLED
De-emphasis automatic setting for SPDIF input

７OFF
１～
１５

DISABLED
ENABLED

Not AUTOMATIC
AUTOMATICSPDIF 入力時の De-emphasis フィルタの自動 ON/OFF を指定します。
既定値：Not AUTOMATIC
32kHz(def)De-emphasis frequency setting
44.1kHz
48kHz

８De-emphasis フィルタの周波数を指定します。既定値：32kHz
Digital Filter setting９ディジタルフィルタを選択します。
既定値：FAST ROLLOFFIIR Filter Band-width setting

FASR ROLLOFFSLOW ROLLOFFMINIMUM PHASE

47.44kHz
50kHz
60kHz
70kHz

IIR フィルタのバンド幅を指定します。

12（つづく）
１０Sync Mode setting

１１

SYNC MODE を設定します。
NORMAL OPERARION は DPLL、ASRC は通常動作。SYNC 128FSR はマス
タークロックが 128FSR 時のシンクロモードになります。
Stop division setting

１２

Set the number of FSR edges that must occur before DPLL and ASRC
can lock on to the incoming signal
0:16384FSR EDGES 1:8192
2:5461 3:4096
4:3276
5 :2730 (default) 6:2340 7:2048
8:1820
9 :1638
10:1489 11:1365
12 :1260 13 :1170
14:1092 15:1024
Phase inverted

１３

出力位相の非反転／反転を指定します。
External Clock setting

１４１５NORMAL OPERATIONSYNC 128FSR

０～
１５NORMAL PHASE
PHASE INVERTEDACTIVENOT USE

ドータボードからのクロック供給の有無を指定。ACTIVE はドータボードからのクロック供給を受け入れます（PCM,DSD の場合のみ）。
Bypass IIR Filter
USE IIR FILTERBYPASS IIR FLT

IIR フィルタの利用の有無を設定します。
Bypass Over-sampling Filter

USE 8X INTP FLTBYPASS INTP FLT

内蔵の８倍オーバサンプリングフィルターの利用の有無を設定
13(2)初期化方法
PIC を初期化するには、操作スイッチを２個以上押しながら電源を投入します。立ち上げ時に LCD に「Initialize」が表示され、内部の EEPROM の内容を初期化します。

14

８．基板パターン(a)部品面シルク

15

(b)部品面パターン＋シルク

16

(c)半田面パターン＋シルク（部品面からの透視になっています）

17

18

９．基板寸法
ACFE

D

B

Gt

Unitmilmm

A
4700
119.4

B
3200
81.3

C
4400
111.8

D
2900
73.7

E
150
3.8

F
150
3.8

G
Φ138
3.5t
62
1.6

19

１０．回路図20

１１．【重要】修正箇所(1)アナログ部のパターン修正(i) 対象バージョン：V2 基板(ii) 修正部分
オペアンプによる差動合成の部分に修正箇所があります。なお外部の差動合成回路を使用する場合は修正不要です。
(iii) 修正方法（パターンカット１箇所、ジャンパー１箇所）
・パターンカット

パターンカット箇所（黄色線の部分を切断）切断した状態・ジャンパー接続場所

ジャンパー箇所（黄色線の部分を接続）

ジャンパーした状態(２)IC9 の一部ジャンパ(i) 対象バージョン：V2 基板(ii) 修正部分
IC9（ES9018K2M）の DVCC(Pin18)の未接続があります。動作上は問題ないようなのですが、本来接続必要な箇所ですので修正願います。
(iii) 修正方法：IC8 の PIN18 と PIN19 の半田ジャンパー接続。

21

修正箇所（黄色線で示したパッドを半田ジャンパーする）
上側のピンは左から PIN21,20,19,18,17,16,15 なので左から３本目と４本目を半田ジャンパーします。右から数えると４本目と５本目になります。

修正例

１２．更新記録
R1
R1.1
R1.2

2015.1.24
2015.1.25
2015.3.1

初版
部品表チップ抵抗の値修正、ハッチング部分修正
修正箇所を追加22

23